\section{氧气的制法}\label{sec:1-3}

在实验室里，一般用给氯酸钾或高锰酸钾加热的方法来制取氧气。
用氯酸钾制取氧气，通常还要放入少二氧化锰\footnote{或者放入少量氧化铁等。}，
这是为什么呢？让我们仔细观察下面三个实验。

\begin{shiyan}
    把少量氯酸钾放在试管里加热几分钟，可以看到，氯酸钾熔化后，才开始缓慢地放出气泡，
    这时用带火星的木条插入管口，观察木条是否着火。如果着火，表明有什么气体放出？
\end{shiyan}

\begin{shiyan}
    把少量二氧化锰放在试管里加热，用带火星的木条插入管口，观察木条是否着火。
    这种现象表明有没有氧气放出？
\end{shiyan}

\begin{shiyan}
    把少量氯酸钾放在试管里稍稍加热片刻，即用带火星的木条插入管口，木条不着火。
    把试管移离火焰，迅速撒入少量二氧化锰，再用带火星的木条插入管口，观察木条是否着火。
    这个实验说明什么问题？
\end{shiyan}


从上面的实验可以看到，给氯酸钾加热到较高温度时，有氧气放出，给二氧化锰加热，并没有氧气放出，
只有往氯酸钾里加入二氧化锰，不需加热到高温就有氧气放出。
这几个实验说明，受热不放出氧气的二氧化锰，却有使氯酸钾在较低的温度下迅速放出氧气的作用。
人们还通过实验证明，二氧化锰在这个反应里并没有消耗，反应前加入多少，反应后仍有多少，并且化学性质没有改变。
这种\zhongdian{在化学反应里能改变其它物质的化学反应速度，而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有改变的物质，叫做催化剂（或触媒）。}
催化剂在反应里所起的作用叫做\zhongdian{催化作用}。二氧化锰是这个反应的催化剂，它在这个反应里起催化作用。
在许多化学工业里，如生产硫酸、合成氨都要采用适当的催化剂来加快化学反应速度，以提高单位时间的产量。

给氯酸钾加热，除生成氧气外，还生成另一种物质氯化钾。这个化学反应可以表示如下：
\begin{fangchengshi}
    \ce{ \text{氯酸钾} ->[\text{催化剂}][\text{加热}] \text{氯化钾} + \text{氧气} }
\end{fangchengshi}

氧气不易溶于水，可用排水法收集（图\ref{fig:1-9}）。

\begin{figure}[htbp]
    \centering
    \includegraphics[width=9cm]{../pic/czhx1-ch1-9}
    \caption{制取氧气}\label{fig:1-9}
\end{figure}

\begin{shiyan}
把氯酸钾和二氧化锰混和（一般按 $3:1$ 的质量比混和）均匀后，放在试管里，用带有导管的塞子紧塞管口。
给试管加热。用排水法收集氧气一瓶。怎样用简单的方法证明集气瓶里收集的是氧气。
\end{shiyan}

高锰酸钾比氯酸钾容易分解，只要稍稍加热就能放出氧气，不需用催化剂。
给高锰酸钾加热生成氧气的化学反应，可以表示如下：
\begin{fangchengshi}
    \ce{ \text{高锰酸钾} ->[\text{加热}] \text{锰酸钾} + \text{二氧化锰} + \text{氧气} }
\end{fangchengshi}

在给氯酸钾加热制氧气的反应里，氯酸钾生成了氯化钾和氧气。
在给高锰酸钾加热制氧气的反应里，高锰酸钾生成了锰酸钾、二氧化锰和氧气。
这类\zhongdian{由一种物质生成两种或两种以上其它物质的反应，叫做分解反应。}

工业上用的大量氧气，主要是用分离空气的方法制取的。
例如，在低温下加压，把空气转变为淡蓝色的液态空气，然后蒸发。
由于液态氮的沸点（$-196$ ℃）比液态氧的沸点（$-183$ ℃）低，氮气先从液态空气里蒸发出来，剩下的主要就是液态氧了。
为了便于贮存、运输和使用，通常给氧气加到 $150$ 标准大气压，贮存在氧气瓶里。

\begin{xiti}

\xiaoti{实验室用氯酸钾制取氧气和工业上用空气制取氧气，在哪种方法里发生物理变化，哪种方法里发生化学变化？为什么？}

\xiaoti{实验室用氯酸钾制取氧气时，为什么要加二氧化锰？为什么可以用排水法收集氧气？}

\xiaoti{用文字完整地表示下列化学反应，并指明其中哪些属于分解反应，哪些属于化合反应。}
\begin{xiaoxiaotis}

    \xxt{\ce{ \text{磷} + \text{\ewkh[3em]} ->[\text{点燃}] \text{五氧化二磷} }}

    \xxt{\ce{ \text{铝} + \text{\ewkh[3em]} ->[\text{加热}] \text{三氧化二铝} }}

    \xxt{\ce{ \text{高锰酸钾} ->[\text{加热}] \text{氧气} + \text{\ewkh[3em]} + \text{\ewkh[3em]} }}

    \xxt{\ce{ \text{氯酸钾} ->[\text{催化剂}][\text{加热}] \text{氧气} + \text{\ewkh[3em]} }}

\end{xiaoxiaotis}

\end{xiti}


